基于S7-300與WINCC的水處理循環(huán)控制系統(tǒng)研究

摘要：本文以我公司水處理循環(huán)系統(tǒng)為例，介紹了水處理循環(huán)系統(tǒng)的工藝流程，并詳細介紹了水處理自動監(jiān)控系統(tǒng)的硬件和功能。本系統(tǒng)以西門子公司的S7-300PLC作為數(shù)據(jù)采集及控制單元，配合各種檢測和控制設備對液位、壓力及溫度等檢測量進行數(shù)據(jù)采集。上位機通過西門子的上位監(jiān)控軟件WINCC實現(xiàn)集中監(jiān)制。

關鍵詞：S7-300 WINCC ET200 自動控制

本系統(tǒng)以工業(yè)控制計算機、可編程邏輯控制器及現(xiàn)場儀表構成3級監(jiān)控系統(tǒng)。可編程控制器選用西門子公司的S7-300系列PLC，上位機采用WINCC作為人機界面，通過CP5611以Profibus協(xié)議與PLC通訊，完成數(shù)據(jù)采集、處理、監(jiān)視及控制功能。中央控制級分為工程師級和操作員級。工程師級主要完成系統(tǒng)組態(tài)及控制參數(shù)的在線修改和設置等。操作員級主要完成對整個水處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、報表及打印等功能。

1.工藝流程

我公司水處理系統(tǒng)分三個小的系統(tǒng)：凈環(huán)水系統(tǒng)、濁環(huán)水系統(tǒng)及翻洗閥系統(tǒng)。

(1)凈環(huán)水系統(tǒng)：1號池凈環(huán)水經(jīng)泵送到車間給設備冷卻后，流會到2號池，經(jīng)水泵送到凈環(huán)水冷卻塔，經(jīng)冷卻后流會到1號池。其工藝流程如下圖所示：

[1號水池][凈環(huán)水冷卻塔][設備冷卻水箱][2號水池] [?][?] [?] [?]

(2)濁環(huán)水系統(tǒng)：現(xiàn)場生產(chǎn)用水（包括導盤、大輥、芯棒等冷卻水及沖氧化鐵用水）經(jīng)氧化鐵皮溝排放到氧化鐵皮池，經(jīng)加藥沉淀后，氧化鐵皮和其他顆粒狀臟東西沉到池底，經(jīng)沉淀過去除顆粒狀雜質(zhì)和部分油污的水，通過水泵送到隔油刮渣池，經(jīng)處理后，再流到4號水池，由4號水池經(jīng)水泵送到過濾器和冷卻塔過濾冷卻后干凈的流到3號水池，3號水池的水經(jīng)水泵送到車間生產(chǎn)用。其工藝流程如下圖所示： [現(xiàn)場生產(chǎn)][4號水池][氧化鐵皮池][隔油刮渣池] [?][?] [?] [?][過濾器] [?] [冷卻塔] [3號水池][?][?]

2.方案設計

2.1設計思想

選用西門子公司S7-300PLC作為現(xiàn)場控制單元即控制主站。根據(jù)水處理工藝流程在現(xiàn)場信號采集點和電控設備較集中的地方設立分布式遠程子站，將現(xiàn)場監(jiān)測儀表信號及控制、采集信號接入各遠程子站。通過現(xiàn)場總線將控制主站、遠程子站與中央控制室的上位機相連，便于監(jiān)控，完成數(shù)據(jù)采集、處理、監(jiān)視及對現(xiàn)場設備進行控制等功能。

2.2各單元功能描述

2.2.1 上位機控制

上位機能完成系統(tǒng)組態(tài)、調(diào)試及控制參數(shù)的在線修改和設置等，又能完成對整個水處理循環(huán)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控，報表及打印等功能。其主要功能如下：

（1）對分布控制站PLC送來的數(shù)據(jù)進行分析處理、儲存、建立全數(shù)據(jù)庫；

（2）向PLC發(fā)布指令，實時控制和調(diào)節(jié)設備運行；

（3）顯示多幅工藝流程畫面，并實時顯示巡檢參數(shù)；

（4）在線故障診斷、報警；

（5）歷史趨勢顯示，模擬量數(shù)據(jù)顯示；

（6）打印制表。

2.2.2PLC控制

PLC實現(xiàn)功能如下：

1）對系統(tǒng)內(nèi)各個水泵進行監(jiān)控制；

2）對系統(tǒng)內(nèi)各個電動閥進行監(jiān)控；

3）對系統(tǒng)內(nèi)各個水池水位進行監(jiān)控；

4）對系統(tǒng)內(nèi)的各個小循環(huán)系統(tǒng)的壓力進行監(jiān)控；

5）對冷卻水系統(tǒng)的水溫和冷卻塔風機進行監(jiān)控。

2.2.3ET200

負責將現(xiàn)場檢測元件采集的數(shù)字量和模擬量信號，經(jīng)過A/D變換后發(fā)送給CPU315，并將CPU315根據(jù)工藝要求進行處理后的結(jié)果按需要發(fā)送給輸出模板控制現(xiàn)場設備的動作。

3.控制系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1系統(tǒng)硬件實現(xiàn)

3.1.1中央監(jiān)控室

中央監(jiān)控室設一臺1.6G，256M內(nèi)存，40G硬盤，帶CP5611卡以實現(xiàn)與Profibus總線的通訊，并配windows2000 Sever/Rrofessional操作系統(tǒng)、STEP75.3和SIMATIC WINCC6.0軟件的工控計算機。通過操作人員可以遠程控制現(xiàn)場各設備的運行。

3.1.2分布式控制站

（1）PLC

主要負責采集現(xiàn)場各個傳感器的信號，除了把信號轉(zhuǎn)換后傳給上位機，由上位機進行顯示和控制外，還要根據(jù)控制要求對現(xiàn)場控制柜和執(zhí)行機構作出相應的控制，所以PLC不但具有中心控制的作用，還具有數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站的作用。

（2）ET200站

ET200站主要負責對現(xiàn)場各個水泵、電動閥、風機等設備的控制，并負責現(xiàn)場各個設備的數(shù)據(jù)采集（如水池液位、系統(tǒng)壓力、電機電流、電壓等）及傳遞。

PLC的CPI315-2DP帶有Profibus總線接口，且以Profihus協(xié)議通訊。上位機通過CP5611模塊接入網(wǎng)絡。采用TCP/IP協(xié)議。計算機可以顯示數(shù)據(jù)，監(jiān)控系統(tǒng)，并打印報表等。

3.2系統(tǒng)軟件設計

3.2.1上位監(jiān)控軟件

本系統(tǒng)采用西門子WINCC組態(tài)軟件對系統(tǒng)進行監(jiān)控。整個監(jiān)控系統(tǒng)的所有開關量和模擬量都在各個畫面中體現(xiàn)出來。監(jiān)控系統(tǒng)還具備了實時故障報警和歷史數(shù)據(jù)歸檔的功能。

3.2.2 PLC編程軟件

本系統(tǒng)PLC的編程使用STEP7－5.3 編寫，實現(xiàn)PLC對過程數(shù)據(jù)的初步處理。

在STEP7中，有3種編程語言可用來編程，分別是梯形圖（LAD）、語句表（STL）、功能塊（FBD）。

首先建立新項目，插入PLC站，插入各模塊的順序完成硬件組態(tài)，然后開始編制PLC程序。

結(jié)論

本系統(tǒng)已投入實際運行，自投入運行以來，控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，設備工作狀況良好，使用及維護簡捷方便，各項指標均達到了設計要求，操作人員的工作量和勞動強度大大降低，能源和設備的利用率得到提高，解決了污水處理系統(tǒng)設備分散、復雜、難以控制的難題，同時實現(xiàn)了節(jié)約能源、降低能耗效果。